鋼結構常見質量事故研究

毛卓奇

（中天建設集團有限公司廣東分公司，浙江 東陽 322100）

鋼結構常見質量事故研究

毛卓奇

（中天建設集團有限公司廣東分公司，浙江 東陽 322100）

隨著我國城鎮化建設不斷深入推進，鋼結構工程越來越受到人們的普遍關注。然而，鋼結構質量事故卻沒有得到應有的重視。如何提高鋼結構工程質量問題是一項重要的課題。本文對鋼結構的缺陷、鋼結構幾種常見的質量事故破壞形式進行了研究，以期為提高我國鋼結構工程質量提供理論參考。

鋼結構；質量事故；缺陷；破壞形式

1 鋼結構的缺陷

1.1 鋼材材料自身缺陷

鋼材是鋼結構的基本原材料，如果鋼材質量存在缺陷則可想而知會嚴重影響鋼結構工程質量。鋼材質量的控制，要從冶煉、澆注與軋制等環節中認真做好質量控制工作。假如在這些環節中存在一些問題則會導致鋼材質量明顯下降以及并存在多種缺陷。人們在實踐中發現，鋼材料的缺陷主要有發裂、夾層、微孔、白點、內部破裂、氧化鐵皮、斑疤、夾雜、劃痕、切痕、過熱、過燒、脫炭、機械性能不合格、化學成分不合格等缺陷。這些缺陷的發生，在后期可以通過一定方法來補救，比如采取簡單處理方式則可恢復其性能，然而有一部分缺陷在熱處理、焊接與冷加工等過程中是可以引發各類裂紋，而這些裂紋在很大程度上會給鋼結構帶來一系列初始缺陷的影響，尤其是在受到外界應力以及承受動力荷載時則會給鋼結構造成局部性的脆性斷裂[1]。

1.2 加工制作中可能存在的缺陷

研究表明，鋼結構在加工制作中所存在的缺陷主要有如下幾個方面：

1.2.1 構件在加工制作中會產生多種缺陷

比如所選擇的鋼材之性能沒有達標，導致其在切割、沖孔、冷加工等過程中造成硬化與微裂紋；由于構件在熱加工中引發的殘余應力使得放樣尺寸會存在一定的誤差。

1.2.2 在焊接工藝中如果處理不當也會存在多個缺陷

比如由于受到熱的影響而導致母材韌性有所降低、鋼材發生硬化甚至變脆與開裂；出現焊接殘余應力；出現裂紋、氣孔、夾渣、焊瘤、燒穿、弧坑、咬邊、未熔合與未焊透等多個焊接缺陷，見圖1。

圖1 焊接工藝中可能存在的缺陷

1.2.3 在普通螺栓與高強螺栓連接過程中給鋼結構帶來的缺陷

這些常見的缺陷主要有：在螺栓連接中開孔所造成的鋼結構截面削弱；一些普通的螺栓受到動荷載的作用而發生松動現象；高強螺栓在連接預應力的時候發生松弛所導致的滑移變形現象。

1.3 鋼結構運輸、安裝與使用維護中可能存在的缺陷

鋼結構在運輸過程中可能會引發比較大的變形以及帶來一定的損傷；鋼結構在吊裝過程中可能會引發構件變形以及局部失穩；在安裝過程中由于未設置一些臨時支撐而引發鋼結構變形以及失去穩定性；在施工連接過程中，鋼結構質量并沒有符合相關設計要求；在使用期間因為地基不穩、出現不均勻沉降等多種現象可能會導致鋼結構損壞；由于未給予鋼結構進行定期維護而導致鋼結構發生嚴重腐蝕進而影響鋼結構的可靠性[2]。

2 鋼結構質量事故常見的破壞形式

2.1 鋼結構的承載力、剛度失效

在正常使用條件下，由于組成鋼結構的材料的強度太大，超過使用強度，此時就會導致鋼結構承載力失效。導致鋼結構失效的原因有鋼材強度的指標不達標；連接強度沒有符合相關的要求；改變了使用荷載與條件。當結構構件受到外界影響，但卻繼續承載，導致結構剛度不能滿足設計要求而失效[3]。

2.2 鋼結構的失穩

鋼結構的整體穩定與局部穩定是鋼結構的兩大穩定類型。其中，整體穩定跟鋼材的牌號、截面、受力作用的位置、結構的長細比等多種因素密切相關。這些因素如果處理不當以及沒有支撐，則會引發局部構件的整體失穩。鋼結構寬厚比如果比例不當，則會引發鋼結構局部穩定。在確保鋼結構之局部穩定，可以在結構受力較大的局部部位加設支承加勁肋，這樣可以較好地防止鋼結構局部失穩。

2.3 鋼結構的疲勞破壞

當鋼結構受到往復的循環應力就會使鋼結構發生疲勞破壞。導致鋼結構疲勞之主要因素為：所選擇的鋼材之抗疲勞性能比較差；結構或構件會受到比較大的應力；在加工制作環節中所引發的初始微裂縫、殘余應力與殘余變形。

2.4 鋼結構的脆性斷裂破壞

研究顯示，脆性破壞是鋼結構發生極限破壞的最危險模式，這種破壞具有突發性，鋼結構之塑性變形是不明顯的。人們在實踐中了總結了影響鋼結構發生脆性破壞之因素非常多，比如，所選擇的鋼材之抗脆性能比較差、構件在加工制作中存在某種或某幾種缺陷、構件之應力過度集中、鋼結構受到低溫的影響或受到沖擊荷載的作用。

2.5 鋼結構的腐蝕破壞

對于普通的鋼結構，其抗腐蝕能力不夠好，所以容易發生腐蝕。為此，在一些鋼結構工程中，必須高度重視這種腐蝕問題。據有關資料表明，全球每年大概35%之鋼鐵由于腐蝕而導致失效。因此，防腐蝕對于節省鋼材、防范鋼結構工程安全事故具有非常大的意義。一般來說，在使用鋼結構過程中，需要給予定期檢查與維護，如果發現了基本金屬發生腐蝕，則應該及時運用測量工具或其他測厚儀來檢查腐蝕的削弱程度，然后經過相關計算來確定更換或給予加固。

3 結語

筆者在多年的鋼結構工程實踐中，對防范鋼結構質量事故深有體會，筆者認為關鍵是要做到以下幾點：一是正確選用鋼材。如果選材不當則會給工程質量帶來事故隱患。二是認真把好鋼材加工制作關，否則會使鋼材在冷與熱加工等環節中受到殘余應力與殘余變形，從而降低鋼結構的穩定承載力以及引發疲勞破壞。三是構件在運輸中應該認真做好防護工作，以防止構件塑性變形，從而避免鋼結構之安裝偏差的發生。四是鋼結構在施工中要做好施工臨時支撐工作，待鋼結構在形成空間受力體系之前，應該及時架設一些臨時支撐，防止鋼結構面外之整體傾覆。

總之，我們要加強對鋼結構的認識，充分了解鋼結構的各種破壞形式，從而才能更好地在鋼結構工程中發現問題以及順利解決問題，從而有效降低鋼結構工程安全質量事故的發生率。

[1]陳紹蕃.鋼結構設計原理[M].北京：科學出版社，2005.

[2]陳驥.鋼結構穩定理論與設計[M].北京：科學出版社，2003.

[3]錢偉，宋顯銳.鋼結構工程倒塌事故原因分析與鑒定[J].施工技術，2009（10）.

TU391

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1671-3362（2013）07-0038-01